Тайны открытий XX века
Шрифт:
Бактерии оказались по-настоящему «коллективными животными». Они быстро замечают, много ли микробов находится по соседству. Когда их скопление достигнет определенной величины, их поведение резко меняется.
Свой кворум бактерии подсчитывают химическим путем, выделяя сигнальные вещества — феромоны. Их концентрацию они измеряют с помощью специфического рецептора. Пока феромонов мало, — а значит, и микробов мало, и действовать сообща им невыгодно, — этот рецептор бездействует. Но весточка летит за весточкой, подтверждая: «Мы вместе!» Если бактерий собралось здесь достаточно много, то сигнальные молекулы, выделенные соседями, постоянно достигают их. И вот от былой благочинности нет следа. Начинается шабаш.
Что полезно для колонии микробов, то смертельно опасно для человека. До определенного времени бактерии уживаются с ним. Как только «кворум» достигнут, срабатывает рецептор: и каракатица светится, и, — речь уже о бактериях, поселившихся внутри нас, — вся колония окутывается слизистой пленкой, защищающей ее от антибиотиков, или дружно выделяет токсин, от которого человеку становится плохо. Вот так и толпа людей, достигнув некоего предела, начинает коллективно действовать, выпуская в окружающую среду свой яд — кипучую ненависть к властям, врагам, инородцам. Quorum sensing! Ничто человеческое микробам не чуждо…
Теперь становится ясно, почему бактерии, сколько мы их ни травим, — а в фармацевтике одно супероружие спешит сменить другое, — хилее не становятся. Ведь сообща обитатели «городов-биопленок» в тысячи раз устойчивее к действию антибиотиков, чем одинокие «микробы-хуторяне», затерявшиеся в бесконечных далях человеческой натуры. Антибиотики, хоть и проникают внутрь биопленки, не истребляют там всех микробов. Выживают сильнейшие. Их потомки становятся основным населением колонии, а значит, та будет куда опаснее, чем прежде.
В 2002 году американские микробиологи Элиана Дренкард и Фредерик Осьюбел опытным путем убедились, что из безобидных бактерий можно путем впрыскивания в их колонию нескольких доз антибиотика получить опасных возбудителей заболеваний. Даже когда от колонии микробов остается несколько особей, это не помогает. Вскоре вырастет колония «продвинутых микробов», способных не погибнуть от лекарств. Да, их не истребишь как каких-нибудь квагг или стеллеровых коров. Даже если бы — вообразите себе! — мы могли стрелять по микробам из ружей, наверняка появилась бы популяция микробов, покрытая броней.
И бактерии нарушают процедуру голосования
С тех пор как мы узнали, что опасны не микробы сами по себе, а их кворум — их роковое количество, — стало ясно, что и бороться с ними можно иначе. Нам нужны лекарства нового типа — не антибиотики, которыми невидимую рать стараются извести подчистую, а — назовем их так — «дезориентирующие» лекарства. Надо не уничтожать бактерии, а мешать им общаться друг с другом и подсчитывать кворум. Пусть микробы, даже образовав крупную колонию, по-прежнему верят, что разобщены. Пусть не догадываются, что им пора переходить в атаку. Значит, надо найти те особые вещества, которые подавляют химические сигналы микробов. Те остаются живы, хоть и беспомощны. Но для этого надо досконально понять тайный язык микробов.
Возможно, когда лекарства нового типа будут найдены, они окажутся универсальными. Ведь выяснилось, что многие виды бактерий используют в общении одни и те же сигнальные молекулы. Если помешать выделению этих молекул, наступит «немая сцена». Армия бактерий будет ждать команду: «В ружье!» — и не дождется ее.
Ключевую роль в общении микробов играют определенные сигнальные молекулы. Какие? В 2003 году удалось обнаружить, по-видимому, весьма важную в биологическом микромире молекулу — так называемую Autoinducer 1-2. Это своего рода «пиджин-инглиш» микробьего царства — язык межвидового общения. На нем, как установлено, общаются между собой не менее полусотни различных видов бактерий, в том числе кишечная палочка (Escherichia coli).
Фредерик Хьюджсон и его коллеги из Принстонского университета сумели даже поймать эту молекулу с поличным. На бактерии Vibrio harveyi они обнаружили рецептор, к которому и пристыковывалась 1-2. Работа была не из легких. Представьте себе огромный авторынок — это будет наш рецептор. Он состоит из нескольких тысяч атомов. Одна машина на нем — всего 16 атомов! — это и есть 1-2. Дальнейшие исследования показали, что эта молекула содержит, например, атомы бора. Давно известно, что данный химический элемент каким-то образом воздействует на живые организмы. Как именно, было неясно. Теперь мы начинаем понимать, что бактерии (хотя бы некоторые из них) пользуются этим веществом в общении друг с другом. Зная это, можно не давать им поговорить. Тому есть примеры в живой природе.
Некоторые виды водорослей выделяют фураноны — вещества, которые мешают образованию на стеблях налета бактерий. Подобную стратегию микробиологи хотят использовать и в борьбе с возбудителями болезней, например, с холерными вибрионами. Нужно понять лишь, какими веществами удастся подавить активность сигнальных молекул. Так, Ханс-Курт Флеминг из Дуйсбургского университета предлагает использовать протеазы — ферменты, расщепляющие протеины. Если сигнальные молекулы будут распадаться, то и «перепись населения» в мире бактерий не состоится.
Другой метод борьбы — найти вещества, которые деформируют сигнальную молекулу; она не пристыкуется к рецептору бактерии. Так «посол войны» превратится в посла с «китайской грамотой», которую нормальный микроб не сумеет прочесть.
Еще одна идея родилась после того, как в 2004 году был расшифрован геном микроба Bdellovibrio bacteriovorus. Этот микроорганизм — по своей природе хищник, но атакует не клетки высших организмов, а лишь бактерии. Он проникает внутрь микроба и пожирает его, а затем делится почти на полтора десятка клеток, которые тут же отправляются на охоту.
«Враг моего врага — мой друг». Эта истина инвариантна — она применима как в мире людей, так и в мире микробов. Ученые уже прозвали в шутку этих бактериоедов «живым антибиотиком». Вот только не станет ли шутка дурной? Не окажутся ли некоторые бактерии устойчивы к атакам микробов-убийц? И не приведет ли это к появлению новых, особенно стойких микробов, которые никаким хищникам не по зубам?
Если же надежды ученых сбудутся, то в медицине произойдет качественно новый скачок. Не секрет, что операции по протезированию или трансплантации органов нередко проходят с осложнениями. Возникают воспалительные процессы. Если же удастся помешать образованию бактериальных пленок на протезах и имплантатах, то эти операции получат самое широкое распространение. Пару веков назад простое переливание крови было своего рода «русской рулеткой». В будущем же и пересадка органов может стать чем-то вроде зубного протезирования. Как полагают исследователи, наши успехи в изучении тайного языка микробов позволят нам наконец контролировать развитие эпидемий.